【进程间通信】信号量

信号量

PV 操作

• 计数信号量（Counting Semaphores）通常有两种操作，记做 P 和 V，V操作增加信号量 S，P操作减少信号量 S。信号量的一大特征就是它的值不能通过 PV 操作以外的方式更改。
• wait（P操作）：信号量数值减一，如果减一之后信号量数值为负，则进程进入信号量队列等待。
• signal（V操作）：信号量数值加一，如果之前信号量数值就是负的（表明有进程在等资源），则将一个进程块从信号量等待队列移到就绪队列。

主要应用函数

1. 函数原型：初始化或销毁信号量

sem_init(sem_t *sem, int pshared, unsigned int value);
sem_destroy(sem_t *sem);  //销毁信号量

2. 函数原型：加锁。调用一次相当于对sem做了-- 操作；如果sem值为0, 线程会阻塞

sem_wait(sem_t *sem);     // 加锁。调用一次相当于对sem做了-- 操作；如果sem值为0, 线程会阻塞
sem_trywait(sem_t *sem);  // 尝试加锁。sem == 0, 加锁失败, 不阻塞, 直接返回
sem_post(sem_t *sem);     // 解锁 ++。对sem做了++操作

生产者消费者信号量模型

1. 测试代码

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <semaphore.h>

#define NUM 5

int queue[NUM];
sem_t blank_number, product_number; //全局数组实现环形队列
                                    //空格子信号量、产品信号量

void *producer(void *arg)
{
  int i = 0;
  while (1)
  {
    sem_wait(&blank_number);      //产者将空格子--，为0则则塞等待
    queue[i] = rand() % 1000 + 1; //生产一个产品
    printf("-----Produce-----%d\n", queue[i]);
    sem_post(&product_number); //将产品数++

    i = (i + 1) % NUM; //借助小标实现环形队列
    sleep(rand() % 3);
  }
}

void *consumer(void *arg)
{
  int i = 0;
  while (1)
  {
    sem_wait(&product_number); //消费者将产品--。为0则阻塞等待
    printf("---Consumer-----%d\n", queue[i]);
    queue[i] = 0;            //消费掉一个产品
    sem_post(&blank_number); //消费掉产品，将空格子++

    i = (i + 1) % NUM;
    sleep(rand() % 3);
  }
}

int main(int argc, char *arg[])
{
  pthread_t pid, cid;
  sem_init(&blank_number, 0, NUM); //初始化空格子信号量为5
  sem_init(&product_number, 0, 0); //产品数为0

  pthread_create(&pid, NULL, producer, NULL);
  pthread_create(&cid, NULL, consumer, NULL);

  pthread_join(pid, NULL);
  pthread_join(cid, NULL);

  sem_destroy(&blank_number);
  sem_destroy(&product_number);
  return 0;
}